ΠΣΤΧΛΑΚΘ ΕΡΓΑΛΑ ΜΕΣΡΘΕΛ ΟΠΣΛΚΟΤ ΒΑΚΟΤ ΑΣΜΟΦΑΛΡΑ ΜΕ ΘΛΛΑΚΟ ΦΩΣΟΜΕΣΡΟ ΕΚΟ

Transcript

1 ln(f( )) ΑΡΛΣΟΣΕΛΕΛΟ ΠΑΝΕΠΛΣΘΜΛΟ ΚΕΑΛΟΝΛΚΘ ΣΜΘΜΑ ΦΤΛΚΘ ΠΣΤΧΛΑΚΘ ΕΡΓΑΛΑ ΜΕΣΡΘΕΛ ΟΠΣΛΚΟΤ ΒΑΚΟΤ ΑΣΜΟΦΑΛΡΑ ΜΕ ΘΛΛΑΚΟ ΦΩΣΟΜΕΣΡΟ ΕΚΟ 4,6 4,4 4,2 4,0 3,8 3,6 3,4 3,2 3,0 2,8 2,6 2,4 2,2 2,0 1,8 1, sec ΠΑΧΑΛΛΑ ΑΝΑΣΑΛΑ ΑΕΜ:12215 ΕΠΛΒΛΕΠΩΝ ΚΑΚΘΓΘΣΘ: ΑΛΚΛΒΛΑΔΘ ΜΠΑΘ Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 1

2 Περιεχόμενα Περίλθψθ... 3 Κεωρθτικό μζροσ Κεφάλαιο 1 ο 1.1 Θλιακι ενζργεια Θλιακι ενζργεια ςτο όριο τθσ γιινθσ ατμόςφαιρασ Θλιακι ενζργεια κατά τθν διζλευςθ τθσ μζςα από τθν ατμόςφαιρα Απορρόφθςθ τθσ ακτινοβολίασ κζδαςθ τθσ ακτινοβολίασ Παράγοντεσ που επθρεάηουτθν ροι τθσ ακτινοβολίασ που δζχεται θ γθ ςε ζναν τόπο Παράγοντεσ που επθρεάηουν τθν ροι τθσ ακτινοβολίασ ςτο ανώτερο όριο τθσ ατμόςφαιρασ Νόμοσ Beer-Lambert Κεφάλαιο 2 ο 2.1Φαςματοφωτόμετρα Βαςικζσ αρχζσ λειτουργίασ φαςματοφωτομζτρων φάλματα ςτθν λειτουργία των φαςματοφωτομζτρων Βακμονόμθςθ των φαςματοφωτομζτρων Κεφάλαιο 3 ο 3.1 Δίκτυο ΑΕΡΟΝΕΣ Φωτόμετρο CIMEL ΛειτουργίαCIMEL Πειραματικό μζροσ Κεφάλαιο 4 ο 4.1κεωρεία που διζπει το πειραματικό μζροσ Μοριακι ςκζδαςθrayleigh Θλιακό φάςμαζξω από τθν ατμόςφαιρα ςε μικοσ κφματοσ λ=778 nm Θλιακό φάςμα ζξω από τθν ατμόςφαιρα ςε μικοσ κφματοσ λ=675 nm Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 2

3 4.1.4Θλιακό φάςμα ζξω από τθν ατμόςφαιρα ςε μικοσ κφματοσ λ=500nm Θλιακό φάςμαζξω από τθν ατμόςφαιρα ςε μικοσ κφματοσ λ=368 nm Διόρκωςθ απόςταςθσ Θλιου Γθσ Μζροσ 2 ο :Προςδιοριςμόσ οπτικοφ βάκουσ ατμοςφαιρικϊν αιωρθμάτων Μζροσ 3 ο :φγκριςθ οπτικοφ βάκουσ των ατμοςφαιρικϊν αιωρθμάτων όπωσ αυτό προκφπτει από το φωτόμετρο ΕΚΟ και το φωτόμετρο CIMEL του δικτφου ΑΕΡΟΝΕΣ Κεφάλαιο 5 ο υμπεράςματα Παράρτθμα : Αναλυτικοί Πίνακεσ Επεξεργαςιϊν Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 3

4 Περίλθψθ κοπόσ τθσ παροφςασ εργαςίασ είναι θ μελζτθ του οπτικοφ βάκουσ των αιωροφμενων ςωματιδίων για τθν πόλθ τθσ Κεςςαλονίκθσ υγκεκριμζνα κατά τθν διάρκεια του 2012 ελιφκθςαν 60 μετριςεισ τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ με το φωτόμετρο ΕΚΟ ςτα ακόλουκα μικθ κφματοσ: 778nm,675nm,500 nm,368 nm Θ πειραματικι διαδικαςία περιλάμβανε τθν καταγραφι τθσ ζνταςθσ τθσ ακτινοβολίασ ςτα τζςςερα μικθ κφματοσ κακϊσ και τθσ ϊρα (Greenwich) για τον υπολογιςμό τθσ ηενίκιασ γωνίασ. τισ 20/06/2012 πραγματοποιικθκαν μετριςεισ τθσ ζνταςθσ τθσ ακτινοβολίασ κατά τθν διάρκεια ολόκλθρθσ τθσ θμζρασ ςε τακτά χρονικά διαςτιματα( περίπου ανά δεκαπζντε λεπτά) ϊςτε να εφαρμοςτεί θ μζκοδοσ Langley. Θ επεξεργαςία χωρίηεται ςε τρία μζρθ Αρχικά τοποκετϊντασ τθσ μετριςεισ τθσ 20 θσ Λουνίου ςε πίνακα και υπολογίηοντασ τθν ηενίκια γωνία και το οπτικό βάκοσ τθσ μοριακισ ςκζδαςθσ δθμιουργοφμε πίνακα ςτον οποίο ωσ κάκετο άξονα ζχουμε y=ln(f(λ,0))+τ R secκ ενϊ ωσ παράλλθλο τον x= secκ. Από το διάγραμμα που προκφπτει φζρνοντασ τθν ευκεία ελαχίςτων τετραγϊνων υπολογίηεται από τον ςτακερό όρο θ ροι τθσ ακτινοβολίασ ςτο ανϊτερο όριο τθσ ατμόςφαιρασ. Θ μζκοδοσ που περιγράφθκε ονομάηεται μζκοδοσ Langley. τθν ςυνζχεια χρθςιμοποιϊντασ τισ μετριςεισ τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ και υπολογίηοντασ τθ ηενίκια γωνία και τον διορκωτικό παράγοντα (λόγω μεταβολισ ςτθν απόςταςθ Ιλιου Γθσ) για κάκε θμζρα ςτθν οποία υπάρχει μζτρθςθ υπολογίηεται το οπτικό βάκοσ όπωσ προκφπτει από το φωτόμετρο ΕΚΟ. Σζλοσ κατεβάηοντασ το οπτικό βάκοσ από το δίκτυο ΑΕΡΟΝΕΣ ςυγκρίνεται με το οπτικό βάκοσ που προζκυψε από το ΕΚΟ. Παρουςιάηεται μια ςτατιςτικι ανάλυςθ για τισ διακυμάνςεισ του οπτικοφ βάκουσ κατά τθν διάρκεια του 2012και για τθν ςφγκριςθ των δυο φωτομζτρων. Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 4

5 ABSTRACT The purpose of this thesis is to study the aerosol optical depth in the city of Thessaloniki Specifically during 2012 were taken 60 measurements of solar radiation with EKO sun photometer at the following wavelengths: 778nm, 675nm, 500 nm, 368 nm The experimental procedure consists of the recording of the intensity of radiation at four wavelengths. While the measurements were taken I was noted the time (Greenwich) for calculating the zenith angle. On 20/06/2012, I took measurements of the intensity of the radiation throughout the day at regular intervals (approximately every fifteen minutes) in order to apply the Langley method. The processing is divided into three parts Initially placing the measurements of June 20th in a table and calculating the zenith angle and optical depth of molecular scattering I created a table in which the vertical axis was y = ln (F ( λ, 0 ) ) + τ R secκand the parallel was x = secκ. From the obtained chart using a linear fitting the flow of radiation at the upper limit of the atmosphere was calculated. The method described is called Langleymethod. Then, using the measurements of solar radiation and calculating the zenith angle and the correction factor (due to the change in thesun - Earth distance) the optical depth was calculated. It wasextracted from the EKO sun photometer measurements. Finally downloading the optical depth of the AERONET network and comparing it with the optical depth resulting from EKO was the last part of this thesis. A statistical analysis of the fluctuations of the optical depth during 2012 and the comparison between the two photometers was presented. Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 5

6 Θεωρθτικό μζροσ 1 ο Κεφάλαιο 1.1 Θλιακι ενζργεια Ο ιλιοσ αποτελεί μία από τισ ςθμαντικότερεσ πθγζσ ενζργειασ ςτο περιβάλλον, αφοφ θ θλιακι ακτινοβολία μεταφζρει τεράςτιεσ ποςότθτεσ ενζργειασ προσ όλεσ τισ κατευκφνςεισ ςτο χϊρο. Θ ςυνολικι ενζργεια που δζχεται ο πλανιτθσ από τον ιλιο κατά τθ διάρκεια ενόσ ζτουσ είναι περίπου 5,4 x 1024 Joules εκ των οποίων περίπου το 30% ανακλάται πίςω ςτο διάςτθμα. Εξαιτίασ τθσ θλιακισ ενζργειασ δθμιουργοφνται οι κινιςεισ των αζριων μαηϊν που είναι υπεφκυνεσ για τθν μετακίνθςθ και κατανομι των ατμοςφαιρικϊν αιωρθμάτων τθσ ατμόςφαιρασ. τθν δράςθ του ιλιου επίςθσ οφείλονται διεργαςίεσ που πραγματοποιοφνται ςτθν ατμόςφαιρα θ τθν επιφάνεια τθσ γθσ. Από φαςματικι άποψθ θ θλιακι ακτινοβολία διακρίνεται ςε τρεισ περιοχζσ Τπεριϊδθ ακτινοβολίαμε λ<400 nm, Ορατι ακτινοβολία με 400nm<λ<700 nm Τπζρυκρθ ακτινοβολία με λ>700 nm Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 6

7 χιμα 1.1 : Θλεκτρομαγνθτικό φάςμα 1.2 Η θλιακι ενζργεια ςτο όριο τθσ γιινθσ ατμόςφαιρασ Θ ροι ενζργειασ ςτο άνω όριο τθσ ατμόςφαιρασ ιςοφται με τθν ροι ενζργειασ ςε ζναν τόπο κάποια χρονικι ςτιγμι αν δεν υπιρχε καμία εξαςκζνιςθ λόγω τθσ ςφςταςθσ τθσ ατμόςφαιρασ. 1.3 Η θλιακι ενζργεια κατά τθν διζλευςθ τθσ μζςα από τθν ατμόςφαιρα Όταν θ θλιακι ακτινοβολία διζρχεται μζςα από τθν ατμόςφαιρα εξαςκενίηει λόγω τθσ απορρόφθςθσ και ςκζδαςθσ από τα ςυςτατικά τθσ. Θ ποςότθτα τθσ θλιακισ ενζργειασ που διζρχεται εξαρτάται από τθν γωνία με τθν οποία ειςζρχονται οι θλιακζσ ακτίνεσ ςτθν ατμόςφαιρα. Θ γωνία που ςχθματίηεται μεταξφ τθσ κατακόρυφου του τόπου και των θλιακϊν ακτίνων καλείται ηενίκια γωνία. το ςχιμα 1.2 παρουςιάηεται θ ηενίκια γωνία ενόσ τόπου. χιμα 1.2 : Ηενίκια γωνία ενόσ τόπου Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 7

8 Σο secκτθσ ηενίκιασ γωνίασ εκφράηει τθν γραμμικι επιμικυνςθ τθσ διαδρομισ των ακτίνων μζςα από μια παράλλθλθ ςτρωματωμζνθ ατμόςφαιρα κακϊσ αυξάνει θ ηενίκια γωνία και καλείται αζρια μάηα Θ θλιακι ακτινοβολία που προςπίπτει πάνω ςε μια επιφάνεια, ζχει δυο ςυνιςτϊςεσ: τθν άμεςθ και τθν διάχυτθ θλιακι ακτινοβολία. Άμεςθ θλιακι ακτινοβολία είναι αυτι θ οποία φτάνει απ' ευκείασ από τον θλιακό δίςκο ςτθν επιφάνεια του εδάφουσ ζχοντασ χάςει ποςοςτό από τθν αρχικι ζνταςθ μόνο από απορρόφθςθ από τα ςυςτατικά τθσ ατμόςφαιρασ. Θ Διάχυτθ θλιακι ακτινοβολία προζρχεται από πολλαπλι ςκζδαςθ ςτα ςυςτατικά τθσ ατμόςφαιρασ Απορρόφθςθ υςτατικά τθσ ατμόςφαιρασ όπωσ μόρια ι μικρά ςωματίδια απορροφοφν τθν θλιακι ακτινοβολία και τθν μετατρζπουν ςε άλλθ μορφι ενζργειασ όπωσ είναι θ φωτοχθμικι Σκζδαςθ ε αυτι τθν διαδικαςία θ θλιακι ακτινοβολία ςυναντάει ςτθν πορεία τθσ μόρια τθσ ατμόςφαιρασ ι ατμοςφαιρικά αιωριματα τα οποία τθσ αφαιροφν ενζργεια τθν οποία και επανεκπζμπουν προσ όλεσ τισ διευκφνςεισ. τθν ατμόςφαιρα τα ςωμάτια που ςκεδάηουν τθν ακτινοβολία ζχουν διαςτάςεισ οι οποίεσ κυμαίνονται από το μζγεκοσ των μορίων (10-4 μm) ζωσ και των ςταγονιδίων τθσ βροχισ ( μm) Τπάρχουν δυο βαςικά είδθ ςκζδαςθσ τθσ ακτινοβολίασ ςτθν ατμόςφαιρα: θ ςκζδαςθ Rayleigh και θ ςκζδαςθ Mie. Σκζδαςθ Rayleigh Θ ςκζδαςθ Rayleighςυμβαίνει όταν το ςωμάτιο που ςκεδάηει τθν θλιακι ακτινοβολία, ζχει διαςτάςεισ πολφ μικρότερεσ από το μικοσ Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 8

9 κφματοσ τθσ προςπίπτουςασ ακτινοβολίασ.σζτοια ςωμάτια είναι τα μόρια των ατμοςφαιρικϊν αερίων. Σκζδαςθ Mie θ ςκζδαςθ Mie ςυμβαίνει όταν τα ςωμάτια ζχουν διάμετρο μεγαλφτερθσ του 1/10 του μικουσ κφματοσ τθσ προςπίπτουςασ ακτινοβολίασ. Σα ατμοςφαιρικά αιωριματα είναι υπεφκυνα για τθν ςκζδαςθ Mie. 1.4 Παράγοντεσ που επθρεάηουν τθν ροι τθσ ακτινοβολίασ που δζχεται θ γθ ςε ζναν τόπο Θ ροι τθσ ολικισ ακτινοβολίασ που φτάνει ςτθν γθ εξαρτάται από : Σθν περιςτροφι τθσ γθσ γφρω από τον άξονα τθσ Λόγω τθσ περιςτροφισ τθσ γθσ γφρω από τον άξονα τθσ αλλάηει θ γωνία που ςχθματίηουν οι ακτίνεσ του ιλιου με τθν κατακόρυφο του τόπου, παράγοντασ που υπολογίηεται ςτθν ηενίκια γωνία. Σθν μεταβολι τθσ απόςταςθσ ιλιου γθσ Κα υπολογιςτεί ζνασ διορκωτικόσ παράγοντασ ο οποίοσ προκφπτει από τθν αςτρονομία. Κα γίνει αναγωγι όλων των εντάςεων των ακτινοβολιϊν που υπολογίηονται ςτο πειραματικό μζροσ ςτθν μζςθ απόςταςθ ιλιου-γθσ. Σθν απόκλιςθ του Ιλιου Θ απόκλιςθ του Ιλιου λαμβάνεται υπόψθ ςτθν εφρεςθ τθσ ηενίκιασ γωνίασ Σα αιωροφμενα ςωματίδια Κα υπολογιςτεί το οπτικό βάκοσ των αιωροφμενων ςωματιδίων ςε τζςςερα μικθ κφματοσ. Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 9

10 Σθν νζφωςθ Οι μετριςεισ πραγματοποιικθκαν ανζφελεσ θμζρεσ. Σισ μεταβολζσ ςτθν εκπεμπόμενθ ενζργεια από τον ιλιο Για τθν περίοδο που ζγιναν οι μετριςεισ θ εκπεμπόμενθ ενζργεια από τον ιλιο κεωρικθκε ςτακερι. 1.5 Παράγοντεσ που επθρεάηουν τθν ροι τθσ ακτινοβολίασ ςτο ανώτερο όριο τθσ ατμόςφαιρασ Σο ποςό τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ ποτ φτάνει ςτο ανϊτερο όριο τθσ ατμόςφαιρασ εξαρτάται από Σθν απόςταςθ Ιλιου- Γθσ Σθν θλιακι δραςτθριότθτα 1.6 Νόμοσ των Beer-Lambert Θ θλιακι ακτινοβολία κακϊσ διζρχεται μζςα από τθν αζρια μάηα εξαςκενεί τόςο λόγω ςκζδαςθσ όςο και λόγω απορρόφθςθσ. Κεωρϊ μια μονοχρωματικι παράλλθλθ δζςμθ φωτόσ που προςπίπτει με ηενίκια γωνία κ ςε ζνα ατμοςφαιρικό ςτρϊμα πάχουσ z.θ ςχζςθ μεταξφ τθσ προςπίπτουςασ Ε 0, και τθσ εκπεμπόμενθσ ακτινοβολίασ Ε, είναι: E E e ( ) sec O 1.1 Όπου secκ είναι θ αζρια μάηα τ(λ) το οπτικό βάκοσ ςε κάποιο μικοσ κφματοσ Το οπτικό βάθοσ εκφράηει το μζτρο τθσ διαπερατότθτασ του μζςου από το οποίο διζρχεται θ ακτινοβολία. Όταν παίρνει τιμζσ ίςεσ με το μθδζν ι πολφ κοντά ςε αυτό, ςθμαίνει ότι το μζςο εξαςκενεί ελάχιςτα τθ διερχόμενθ ακτινοβολία, ενώ όταν παίρνει τιμι 1 ςθμαίνει ότι θ ακτινοβολία απορροφάται ι ςκεδάηεται πλιρωσ από αυτό Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 10

11 2 ο Κεφάλαιο 2.1 Φαςματοφωτόμετρα Σα φαςματοφωτόμετρα είναι μια κατθγορία οργάνων τα οποία χρθςιμοποιοφνται ςτθν μζτρθςθτου φάςματοσ τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ από το ζδαφοσ,τα αεροςκάφθ, τα αερόςτατα και τουσ δορυφόρουσ. Σα φαςματοφωτόμετρα ςε αντίκεςθ με ταακτινόμετρα, προςφζρουν τθ δυνατότθτα λεπτομερϊν μετριςεων τθσ θλιακισακτινοβολίασ ςε διάφορεσ φαςματικζσ περιοχζσ οι οποίεσ μπορείνα είναι τόςο ςτενζσ ϊςτε να αναφερόμαςτε ςε μετριςεισ ςχεδόνμονοχρωματικών ακτινοβολιών. 2.2 Βαςικζσ αρχζσ λειτουργιάσ Φαςματοφωτόμετρων Σα φαςματοφωτόμετρα είναι οπτικζσ διατάξεισ με τισ οποίεσ θ ςυλλεγόμενθ ακτινοβολία αναλφεται ςτα μικθ κφματοσ που τθν αποτελοφν, ςτθν ςυνζχεια επιλζγονται και μετρϊνται κάποια από τα μικθ κφματοσ. τθν πραγματικότθτα ζνα φωτόμετρο μετρά τον αρικμό των φωτονίων ςτθν μονάδα του χρόνου που περιζχονται ςε ζνα φαςματικό εφροσ Δλ. Αποτελείται από τρία μζρθ 1. Σο τμιμα ειςόδου του φωτόσ 2. Σθ διάταξθ ανάλυςθσ του φωτόσ 3. Σθ διάταξθ ανίχνευςθσ και καταγραφισ τθσ ακτινοβολίασ Σο τμιμα ειςόδου ενόσ φωτομζτρου κακορίηει τθ γεωμετρία τθσ ακτινοβολίασ που ειςζρχεται ςτο όργανο. Ανάλογα με το είδοσ του ςυλλζκτθ που είναι εφοδιαςμζνο ζνα όργανο, αυτό μπορεί να χρθςιμοποιθκεί για τθν μελζτθ : α) τθσ ολικισ ακτινοβολίασ β) τθσ άμεςθσ ακτινοβολίασ γ) τθσ διάχυτθσ ακτινοβολίασ Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 11

12 τθν ςυνζχεια θ ακτινοβολία που ζχει ςυλλεχκεί από τον ςυλλζχτθ οδθγείται προσ τθν είςοδο τθσ διάταξθσ ανάλυςθσ. Για τθν ανάλυςθ τθσ προςπίπτουςασ ακτινοβολίασ χρθςιμοποιείται φράγμα ανάκλαςθσ. Αυτό είναι επίπεδθ ι κοίλθ επιφάνεια θ οποία ζχει επικαλυφκεί με ανακλαςτικό επίχριςμα πάνω ςτο οποίο ζχουν χαραχκεί ςε ςτακερζσ αποςτάςεισ παράλλθλεσ γραμμζσ. Σο κάκε μικοσ κφματοσ εκτρζπεται ςε διαφορετικι γωνία. Θ ακτινοβολία που διζρχεται από τθ διάταξθ ανάλυςθσ προςπίπτει ςτον ανιχνευτι ο οποίοσ ανιχνεφει τα φωτόνια θ τθν ιςχφ που μεταφζρουν. Θ πιο γνωςτι διάταξθ καταγραφισ είναι ο φωτοπολλαπλαςιαςτισ. 2.3 Σφάλματα ςτθν λειτουργία του φαςματοφωτόμετρου Σα φαςματοφωτόμετρα παρουςιάηουν ςφάλματα λόγω κακισ ςχεδίαςθσ και καταςκευισ τουσ. Σα ςφάλματα αυτά ζχουν άμεςθ επίπτωςθ ςτθν ακρίβεια και τθν αξιοπιςτία των μετριςεων. Σα ποιο ςθμαντικά αναφζρονται παρακάτω. κεδαηόμενο φωσ ςτο εςωτερικό του οργάνου Εμφανίηεται όταν φωτόνια με διαφορετικό μικοσ κφματοσ προςπίπτουν ςτον ανιχνευτι. Σα φωτόνια αυτά προζρχονται από ςκζδαςθ του φωτόσ ςτα διάφορα εξαρτιματα του οργάνου ζχοντασ ωσ αποτζλεςμα τθν καταμζτρθςθ τουσ. Θ κερμοκραςία Μεταβολζσ ςτθν κερμοκραςία οδθγοφν ςε δφο πθγζσ ςφαλμάτων Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 12

13 1. φάλματα λόγω τθσ μεταβολισ των οπτικϊν χαρακτθριςτικϊν του οργάνου που δθμιουργοφνται από μθχανικζσ ςτρεβλϊςεισ ι μετατοπίςεισ οπτικϊν τμθμάτων του. Μικρζσ αλλαγζσ τθσ κζςθσ κάποιου οπτικοφ τμιματοσ του οργάνου οδθγοφν ςε αλλαγζσ τθσ ευαιςκθςίασ του ςυνεπϊσ μεταβάλλεται θ απόλυτθ βακμολόγθςθ του οργάνου και μετριςεισ που πραγματοποιοφνται υπό διαφορετικζσ κερμοκραςίεσ κακίςτανται μθ διακρίςιμεσ. 2. φάλματα λόγω μεταβολισ τθσ ευαιςκθςίασ του ανιχνευτι τισ μετριςεισ που πιραμε με το φαςματοφωτόμετρο ΕΚΟ δεν λιφκθκαν υπόψθ τα ςφάλματα λόγω κερμοκραςιακισ μεταβολισ. Οι τακτικζσ βακμονομιςεισ των φωτομζτρων μετριάηουν τα ςφάλματα λόγω μεταβολισ τθσ κερμοκραςίασ. Θ γωνιακι απόκριςθ Θ ροισ ακτινοβολίασ που δζχεται μια οριηόντια επιφάνεια είναι ανάλογθ τθσ ροισ τθσ προςπίπτουςασ ακτινοβολίασ επί το ςυνθμίτονο τθσ γωνίασ πρόςπτωςθσ δθλαδι τθσ ηενίκιασ γωνίασ. Ε(κ)=Ε(0)cosκ Ωσ γωνιακι απόκριςθ ενόσ φωτομζτρου ορίηεται ο λόγοσ E( ) f b ( ) E cos 0 Θ απόκριςθ του τμιματοσ ειςόδου του οργάνου δεν είναι ςε όλεσ τισ περιπτϊςεισ ανάλογθ του ςυνθμίτονου τθσ γωνίασ πρόςπτωςθσ αλλά παρουςιάηει ςθμαντικζσ διαφορζσ όςο αυξάνεται θ ηενίκια γωνία. Θ εξάρτθςθ τθσ απόκριςθσ από τθν ηενίκια γωνία ζχει ωσ αποτζλεςμα τθν υποεκτίμθςθ τθσ ακτινοβολίασ που καταμετρά το όργανο. Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 13

14 Θ διακριτικι ικανότθτα Σα φωτόνια που ζχουν ςυλλεχκεί από τον ςυλλζκτθ αναλφονται ςτθν ςυνζχεια ςε επιμζρουσ φαςματικζσ περιοχζσ με φαςματικό εφροσ που ποικίλλει. Περιπλοκότερθ είναι θ περίπτωςθ ςτθν οποία το φωσ αναλφεται ςτα μικθ κφματοσ που το απαρτίηουν. Θ ανάλυςθ του φωτόσ ςε κάκε μικοσ κφματοσ από ζνα φωτόμετρο δεν είναι απολφτωσ μονοχρωματικι κακϊσ από τθν ςυςκευι ανάλυςθσ του φωτόσ διζρχονται και φωτόνια με μικθ κφματοσ γειτονικά ςτο κεντρικό. Θ μζτρθςθ που παρζχει ζνα φαςματοφωτόμετρο δίνεται από τθν ςχζςθ φάλματα που υπειςζρχονται εξαιτίασ του χειριςτι των οργάνων Πολλζσ φορζσ κακι διαχείριςθ των φωτομζτρων από τον χειριςτι τουσ ειςάγει αβεβαιότθτεσ. υγκεκριμζνα για το φωτόμετρο ΕΚΟ θ επαφι με το όργανο κατά τθν αλλαγι του μικουσ κφματοσ μετζβαλλε τθν κζςθ του οργάνου οπότε επαναπροςδιοριςμόσ τθσ κατάλλθλθσ κζςθσ κρινόταν απαραίτθτοσ. Αυτόσ ο επαναπροςδιοριςμόσ είχε ωσ αποτζλεςμα το χάςιμο αρκετοφ χρόνου μζςα ςτον οποίο θ ζνταςθ κακϊσ και θ ηενίκια γωνία μεταβάλλονταν ελάχιςτα μεν ειςάγοντασ ςφάλμα δε. 2.4 Βακμονόμθςθ Μζςω τθσ διαδικαςίασ τθσ βακμονόμθςθσ το θλεκτρονικό ςιμα του οργάνου μετατρζπεται ςε μονάδεσ μζτρθςθσ τθσ ακτινοβολίασ δθλαδι ςε πυκνότθτα ροισ τθσ ακτινοβολίασ ςε επίπεδο οριηόντιο. Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 14

15 Θ μετατροπι του ςιματοσ ςε ακτινομετρικζσ μονάδεσ γίνεται μζςω τθσ ςφγκριςθσ των μετριςεων του οργάνου με τθν μζτρθςθ τθσ ακτινοβολίασ που εκπζμπεται από μια πθγι γνωςτισ εκπομπισ. Οι πθγζσ αυτζσ ονομάηονται πρότυπεσ λυχνίεσ βακμονόμθςθσ. Οι πρότυπεσ πθγζσ ακτινοβολίασ εκπζμπουν είτε ςε όλο το φάςμα τθσ θλεκτρομαγνθτικισ ακτινοβολίασ είτε ςε ςυγκεκριμζνεσ περιοχζσ του φάςματοσ. Βακμονομοφνται αρχικά από κάποια ερευνθτικά ινςτιτοφτα όπου πιςτοποιοφνται για ςυγκεκριμζνο αρικμό ωρϊν λειτουργίασ (περίπου ϊρεσ). Θ μεταφορά τθσ βακμονόμθςθσ τθσ λυχνίασ ςτο φαςματοφωτόμετρο γίνεται με τθν εκτζλεςθ φαςματικϊν μετριςεων υπό ςυνκικεσ ανάλογεσ με αυτζσ ςτισ οποίεσ ζγινε θ βακμονόμθςθ τθσ λυχνίασ ςτο πρότυπο εργαςτιριο Θ βακμονόμθςθ ενόσ φαςματοφωτομζτρου μπορεί να ειςάγει πολλά ςφάλματα. Τπάρχουν βαςικοί κανόνεσ οι οποίοι πρζπει να ακολουκοφνται ϊςτε να ελαχιςτοποιοφνται τα ςφάλματα. Θ τάςθ λειτουργίασ τθσ λυχνίασ και το ρεφμα πρζπει να κρατοφνται ςτακερά Να υπάρχει ακρίβεια ςτθν απόςταςθ του οργάνου και τθσ πθγισ Θ βακμονόμθςθ να γίνεται ςε ςκοτεινό κάλαμο ϊςτε να εξαλείφονται οι ςκεδάςεισ. Παράλλθλα τα μεταλλικά και οποιαδιποτε άλλα αντικείμενα που αντανακλοφν το φωσ κα πρζπει να απομακρφνονται ι να καλφπτονται με μαφρο φφαςμα Θ λυχνία πρζπει να τοποκετείται ςτον άξονα που είναι κάκετοσ ςτο επίπεδο αναφοράσ του οργάνου Θ κερμοκραςία κα πρζπει να διατθρείται ςτακερι χωρίσ τθν χριςθ ιςχυρισ ζνταςθσ αζρα Σζλοσ οι ϊρεσ λειτουργίασ τθσ πθγισ κα πρζπει να καταγράφονται Θ βακμονόμθςθ του φωτομζτρου ΕΚΟ γίνεται ςτο Εργαςτιριο Φυςικισ τθσ Ατμόςφαιρασ Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 15

16 3 ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3.1 Δίκτυο AERONET Σο πρόγραμμα AERONET (Aerosol Robotic NETwork) είναι ζνασ οργανιςμόσ από επίγεια δίκτυα μζτρθςθσ αιωροφμενων ςωματιδίων ο οποίοσ ιδρφκθκε από τθ NASA και τθν PHOTONS και επεκτείνεται από ποικίλουσ ςυνεργάτεσ.. Σο πρόγραμμα παρζχει μια μακροχρόνια, ςυνεχι και εφκολα προςβάςιμθ από το κοινό βάςθ δεδομζνων με τισ οπτικζσ, μικροφυςικζσ και ακτινοβολοφςεσ ιδιότθτεσ των αιωροφμενων ςωματιδίων, με ςτόχο τθν ζρευνα, τον χαρακτθριςμό, τον ζλεγχο τθσ εγκυρότθτασ των δορυφορικϊν αποςτολϊν και τον ςυνδυαςμό με άλλεσ βάςεισ δεδομζνων. Σο δίκτυο προβλζπει τυποποίθςθ των οργάνων, τθσ βακμονόμθςθσ, τθσ επεξεργαςίασ και τθσ διανομισ δεδομζνων. χιμα 3.1 : Δίκτυο ΑΕΡΟΝΕΣ Σο δίκτυο AERONET παρζχει παρατθριςεισ του φαςματικοφ οπτικοφ βάκουσ των αιωροφμενων ςωματιδίων (ΑΟD) και άλλων ιδιοτιτων τουσ ςε παγκόςμια κλίμακα. Σα δεδομζνα για το οπτικό βάκοσ των αιωροφμενων ςωματιδίων υπολογίηονται για τρία επίπεδα ποιότθτασ δεδομζνων: Επίπεδο 1.0 (αφιλτράριςτα), Επίπεδο 1.5 (φιλτραριςμζνα όςον αφορά τα νζφθ) και Επίπεδο 2.0 (φιλτραριςμζνα για τα νζφθ και ποιοτικϊσ εξαςφαλιςμζνα). Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 16

17 3.2 Φωτόμετρο cimel Σο cimel είναι ζνα αυτόματο θλιακό φωτόμετρο τοποκετθμζνο ςτθν ταράτςα τθσ ΚΕ του Αριςτοτελείου Πανεπιςτθμίου Κεςςαλονίκθσ. Επιτρζπει τισ μετριςεισ τθσ άμεςθσ θλιακισ ακτινοβολίασ ςτα μικθ κφματοσ 340nm, 440 nm, 500 nm, 670 nm, 870 nm, 1020 nm Θ διάταξθ φαίνεται ςτθ παρακάτω φωτογραφία χιμα 3.2: φωτόμετρο cimel Αποτελείται από ζναν αιςκθτιρα ο οποίοσ ςτρζφει ςυςτθματικά το φωτόμετρο προσ τον ιλιο ςφμφωνα με μια προγραμματιςμζνθ διαδρομι και ζνα αδιάβροχο πλαςτικό κουτί που περιζχει τον ρυκμιςτι τισ μπαταρίεσ και τον εξοπλιςμό μετάδοςθσ των δεδομζνων. Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 17

18 3.3 Λειτουργία του cimel Σο cimel πραγματοποιεί δφο μετριςεισ, μετρά είτε απευκείασ τον ιλιο είτε τον ουράνιο κόλο. Και οι δφο μετριςεισ πραγματοποιοφνται αυτόματα. Οι μετριςεισ τθσ άμεςθσ θλιακισ ακτινοβολίασ γίνονται ςε οχτϊ φαςματικζσ ηϊνεσ που απαιτοφν περίπου 10 δευτερόλεπτα. Οχτϊ φίλτραπαρεμβολισ ςτα μικθ κφματοσ των 340, 380, 440, 500, 670, 870, 940 και 1020 nm τοποκετοφνται ςε ζναν τροχό ο οποίοσ περιςτρζφεται μθχανικά βιμα βιμα. Σο κανάλι των 940 nm χρθςιμοποιείται για τον κακοριςμό τθσ ςτιλθσ τουφδατοσ. Μια προγραμματιςμζνθ ομάδα μετριςεων λαμβάνεται από αυτά τα όργανα ξεκινϊντασ για μια αζρια μάηα (air mass) ςτισ 7 το πρωί καιτελειϊνει 7 το βράδυ. Σο οπτικό βάκοσ υπολογίηεται από τθ φαςματικι εξαςκζνιςθ τθσ άμεςθσ ακτινοβολίασ ςε κάκε μικοσ κφματοσ ςφμφωνα με το νόμο Beer Θεξαςκζνιςθ μζςω τθσ ςκζδαςθσ Rayleigh και θ απορρόφθςθ από το όηον και άλλουσ αζριουσ ρφπουσ υπολογίηεται και αφαιρείται ζτςι ϊςτε να απομονωκεί το οπτικό βάκοσ των αιωροφμενων ςωματιδίων (AOT). Μια ακολουκία τριϊν τζτοιων μετριςεωνλαμβάνεται κάκε 30 δευτερόλεπτα δθμιουργϊντασ μία τριπλι παρατιρθςθ για κάκεμικοσ κφματοσ. Κατά τθ διάρκεια των περιόδων μεγάλθσ αζριασ μάηασ οι μετριςεισ τθσ άμεςθσ θλιακισ ακτινοβολίασ πραγματοποιοφνται ςε διαςτιματα 0,25 τθσ αζριασ μάηασ, ενϊ ςε περιόδουσ με μικρότερεσ τιμζσ αζριασ μάηασ το διάςτθμα μεταξφ των μετριςεωνείναι ςυνικωσ 15 λεπτά. Θ χρονικι διακφμανςθ των νεφϊν είναι ςυνικωσ μεγαλφτερθ από εκείνθ των αιωροφμενων ςωματιδίων προκαλϊντασ μια παρατθροφμενθ διακφμανςθ. Σο διάςτθμα των 15 λεπτϊν επιτρζπει ζναν ζλεγχο μεγαλφτερθσ χρονικισ ςυχνότθτασ για τθν φπαρξθ των νεφϊν. Εκτόσ από τισ μετριςεισ τθσ άμεςθσ θλιακισ ακτινοβολίασ οι οποίεσ πραγματοποιοφνται με ζνα οπτικό πεδίο 1,2 βακμϊν (μοιρϊν), τα όργανα αυτά μετροφν και τθν διάχυτθ ακτινοβολία ςε τζςςερισ φαςματικζσ ηϊνεσ (440, 670, 870 και 1020 nm) κατά μικοσ του κφριου θλιακοφ επιπζδου (δθλαδι ςε ςτακερι αηιμοφκια γωνία, με διάφορεσ γωνίεσ ςκζδαςθσ) ζωσ και 9 φορζσ τθν θμζρα και ςε ςτακερι γωνία ανφψωςθσ, με διάφορεσ αηιμοφκιεσ γωνίεσ μζχρι 6 φορζσ τθν θμζρα. Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 18

19 Σα δεδομζνα που ςυλλζγει το φωτόμετρο επεξεργάηονται ςτο διαδίκτυο από το AERONET. Παρακάτω παρουςιάηεται το φωτόμετρο cimel που βρίςκεται ςτθν ταράτςα τθσ ΚΕ του ΑΠΚ χιμα 3.3 : φωτόμετρο cimel ςτθν ταράτςα του ΑΠΚ Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 19

20 ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΜΕΡΟ 4 ο Κεφάλαιο το πειραματικό μζροσ περιλαμβάνονται τρία επιμζρουσ τμιματα: 1. Τπολογιςμόσ του ςτακεροφ όρου ln( E ( ) ) με τθν μζκοδο Langley 2. Προςδιοριςμόσ οπτικοφ βάκουσ των ατμοςφαιρικϊν αιωρθμάτων 3. φγκριςθ οπτικοφ βάκουσ των ατμοςφαιρικϊν αιωρθμάτων όπωσ αυτό προκφπτει από το φωτόμετρο ΕΚΟ και το φωτόμετρο CIMEL του δικτφου ΑΕΡΟΝΕΣ b z Θεωρεία που διζπει τθν επεξεργαςία και ανάλυςθ των μετριςεων Θ διάδοςθ μιασ μονοχρωματικισ δζςμθσ ακτινοβολίασ μζςα από τθν ατμόςφαιρα διζπεται από τον νόμο του Beer-Lambert (4.1) Eb ( ) z 0 Eb ( ) z e ( )sec Όπου E b ( ) είναι θ φαςματικι πυκνότθτα ροισ τθσ ακτινοβολίασ ςε επίπεδο κάκετο προσ τθ διεφκυνςθ διάδοςθσ τθσ δζςμθσ.για z=0 είναι το επίπεδο τθσ κάλαςςασ ενϊ z= είναι το ανϊτερο όριο τθσ ατμόςφαιρασ κ είναι θ ηενίκια γωνία τ(λ) το οπτικό βάκοσ ςτο ςυγκεκριμζνο μικοσ κφματοσ. Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 20

21 χιμα 4.1: Διάδοςθ μιασ μονοχρωματικισ δζςμθσ τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ μζςα από τθν ατμόςφαιρα Λογαρικμίηοντασ τθν ςχζςθ (4.1) προκφπτει ότι ln( ( ) 0) ln( E ( ) ) ( ) sec E (4.2) b z b z Ο όροσ ln( ( ) ) E αντιπροςωπεφει τθν ζνταςθ τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ b z ςτομικοσ κφματοσ λ ζξω από τθν ατμόςφαιρα, ςυνεπϊσ αυτόσ ο όροσ δεν επθρεάηεται από ατμοςφαιρικζσ διεργαςίεσ αλλά οφτε και από τθν διαδρομι τθσ ακτινοβολίασ ςτο μεςοπλανθτικό διάςτθμα εφόςον δεν υπάρχει φλθ για να απορροφθκεί ι να ςκεδαςτεί. Αυτόσ ο όροσ υπολογίςτθκε με μετριςεισ του φάςματοσ τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ με το φωτόμετρο ΕΚΟ μια ςυγκεκριμζνθ θμζρα. Ο όροσ secκ περιλαμβάνει τθν γωνία κατά τθν οποία διαδίδονται οι θλιακζσ ακτίνεσ μζςα ςτθν ατμόςφαιρα και εξαρτάται μόνο από τθν μζρα και τθν ϊρα Τπολογίςτθκε από μία εφαρμογι ρυκμιςμζνθ να εξάγει τισ ηενίκιεσ γωνίεσ ςτο γεωγραφικό πλάτοσ τθσ Θεςςαλονίκθσ Σο ςυνολικό οπτικό βάκοσ είναι ςτακερό και ανεξάρτθτο τθσ μεταβολισ του secκ και προκφπτει ωσ το άκροιςμα των οπτικϊν βακϊν που οφείλονται ςε Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 21

22 ατμοςφαιρικζσ διεργαςίεσ όπωσ θ απορρόφθςθ και θ ςκζδαςθ τθσ ακτινοβολίασ. R M O 2 so NO (4.3) 3 x τθν ςχζςθ (4.3) ο όροσ τ R ςυμβολίηει το κατακόρυφο οπτικό βάκοσ που οφείλεται ςτθν μοριακι ςκζδαςθ (Rayleigh),ο όροσ τ Μ οφείλεται ςτθν ςωματιδιακι ςκζδαςθ Μie ενϊ οι υπόλοιποι όροι οφείλονται ςε διεργαςίεσ όπωσ θ απορρόφθςθ από το όηον, του διοξειδίου του κείου και των νιτρικϊν οξειδίων. Τπολογίςτθκε ζμμεςα από τισ μετριςεισ τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ με μια διαδικαςία θ οποία περιγράφεται παρακάτω Από τισ ςχζςεισ (4.2) και (4.3) κα προςδιοριςτεί το οπτικό βάκοσ ςε κάκε μικοσ κφματοσ ςφμφωνα με τθν ςχζςθ : ln( F (,0)) ln( F (, )) [ ( ) ( ) ( ) ( ) ( )] sec b b R M O SO NO 3 2 X (4.4) ln( F (,0)) R ( )sec ln( F (, )) [ M ( ) O ( ) SO ( ) NO ( )] sec b b (4.5) 3 2 X Θ ςχζςθ (4.5) είναι τθσ μορφισ y=-ax+b δθλαδι αναπαριςτά ευκεία με αρνθτικι κλίςθ όπου : y = ln( F (,0)) R ( ) sec b x= sec a= [ M ( ) O ( ) SO ( ) NO ( )] 3 2 X b= ln( F (, )) b Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 22

23 Είναι θ βαςικι ςχζςθ που εφαρμόηεται ςε όλθ τθν παροφςα εργαςία και χρθςιμοποιείται με δφο τρόπουσ. o Χρθςιμοποιείται ςτθν μζκοδο Langley με τθν οποία υπολογίηεται το φάςμα τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ ςτο ανϊτερο όριο τθσ ατμόςφαιρασ δθλαδι υπολογίηεται ο όροσ b= ln( F (, )) b o Χρθςιμοποιείται για τθν εφρεςθ του οπτικοφ βάκουσ τωνατμοςφαιρικϊν αιωρθμάτων τθσ Κεςςαλονίκθσ ςε κάκε μικοσ κφματοσ 4.1 Μζροσ 1 ο Επεξεργαςίασ Τπολογιςμόσ του ςτακεροφ όρου ln( E ( ) ) με τθν μζκοδο Langley Με το φαςματοφωτόμετρο ΕΚΟ πιρα μετριςεισ του φάςματοσ τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ που φτάνει ςτο ζδαφοσ κατά τθν διάρκεια μιασ θμζρασ και ςυγκεκριμζνα οι μετριςεισ ελιφκθςαν ςτθσ 20/06/2012 ςτθν ταράτςα του τομζα ατμοςφαιρικοφ περιβάλλοντοσ. Οι μετριςεισ ομαδοποιικθκαν μεμονωμζνα για κάκε μικοσ κφματοσ και θ ανάλυςθ εφαρμόςτθκε ξεχωριςτά ςτο κάκε μικοσ κφματοσ. Παρακάτω παρουςιάηεται ζνα δείγμα των μετριςεων που πάρκθκαν για τθν μζκοδο Langley Είναι καταγεγραμμζνθ θ ζνταςθ τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ ςε τζςςερα μικθ κφματοσ κακϊσ και θ ηενίκια γωνία που αντιςτοιχεί ςε κάκε ϊρα. Θ καταγραφι γινόταν περίπου ανά δεκαπζντε λεπτά. b z Πίνακασ 1 οσ : Ζνταςθ ακτινοβολίασ κατά τθν διάρκεια τθσ 20/06/2012 Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 23

24 F( t T κ sec κ 15:30 36,2 12,4 78,2 113, ,45 1,13 15:45 33,4 11,3 74,4 108,6 65,9 29,96 1,15 16:00 32,8 10,8 71,8 105,8 64,8 35,78 1,23 16:15 37,6 11,5 75,4 109,9 66,8 37,42 1,25 17: ,2 66,2 102,9 64,2 46,94 1,46 17:15 35,5 8,7 67,5 104,6 64,5 48,64 1,51 17:35 35,9 8,2 66,5 105,2 63,7 50,92 1,58 17:45 37,1 7, ,7 63,8 52,05 1,62 18:25 37,8 5,6 56, ,8 61,13 2,07 18:45 37,5 4,2 5 91,1 58,1 63,38 2,23 Ακολουκεί το διάγραμμα των τιμϊν τθσ ζνταςθσ τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ ςτο κάκε μικοσ κφματοσ ςυναρτιςει τθσ ηενίκιασ γωνίασ ,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 sec Διάγραμμα 4,1: Ζνταςθ ακτινοβολίασ όπωσ μετράτε από το ΕΚΟ ςτα μικθ κφματοσ 778nm, 675nm, 500nm, 368nm ςυναρτιςει τθσ ηενίκιασ γωνίασ. Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 24

25 το διάγραμμα παρατθρείτε θ δθμιουργία δυο κλάδων ςτα μικθ κφματοσ 778nm, 675nm, 368 nm. Λόγω του γεγονότοσ ότι τισ πρωινζσ ϊρεσ χρειάηεται μεγαλφτερο χρονικό διάςτθμα για να επιτευχκεί ικανοποιθτικι μεταβολι ςτθν ηενίκια γωνία παρακάτω κα χρθςιμοποιθκοφν οι απογευματινζσ μετριςεισ με τισ οποίεσ κατορκϊνεται θ φπαρξθ μεγάλθσ αλλαγισ ςτθν ηενίκια γωνία ςε μικρό χρονικό διάςτθμα. Ζχοντασ τισ μετριςεισ τθσ πυκνότθτασ ροισ ςε κάκε μικοσ κφματοσ και τθσ ηενίκιασ γωνίασ αρχικά κα βρεκεί το οπτικό βάκοσ τθσ ςκζδαςθσ Rayleigh,και ςτθν ςυνζχειακα υπολογιςτεί ο παράγοντασ ln( Eb ( ) z ) για κάκε μικοσ κφματοσ ξεχωριςτά Εφρεςη Μοριακήσ ςκζδαςησ Rayleigh Θ μοριακι ςκζδαςθ εξαρτάται από τθν ατμοςφαιρικι πίεςθ και το αντίςτοιχο οπτικό βάκοσ υπολογίηεται με τθν βοικεια των επόμενων εμπειρικϊν ςχζςεων: p R R p o (4.6) R ( ) 4 2 (4.7) τθν ςχζςθ (4.6) p o είναι θ μζςθ πίεςθ ςτο φψοσ τθσ επιφάνειασ τθσ κάλαςςασ p o =1013,15hPa ενϊ p είναι θ ατμοςφαιρικι πίεςθ κατά τθν Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 25

26 p ςτιγμι τθσ μζτρθςθσ. Κεωροφμε το κλάςμα =1 κακϊσ οι μετριςεισ ζγιναν p o ςτθν ταράτςα τθσ ΚΕ δθλαδι ςε φψοσ όχι πολφ μεγαλφτερο τθσ επιφάνειασ τθσ κάλαςςασ. Τπολογίςτθκαν τα οπτικά βάκθ τθσ μοριακισ ςκζδαςθσ ίςα με: τ(778)= 0,024 τ R (675)= 0,042 τ(500)= 43 τ R (368)= 0, Εφρεςθ θλιακοφ φάςματοσ ζξω από τθν ατμόςφαιρα ςε μικοσ κφματοσ λ=778 nm Από τθν ςχζςθ (4. 5) για λ=778 nm κα ζχουμε ln( F (778,0)) R (778)sec ln( F (778, )) [ M (778) O (778) SO (778) NO (778)] sec b b 3 2 X Αντικακιςτϊντασ όλα τα δεδομζνα και ςυγκεκριμζνα: τθσ πυκνότθτασ ροισ τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ ςτο ζδαφοσ, τθσ ηενίκιασ γωνίασ κακϊσ και του οπτικοφ βάκουσ τθσ μοριακισ ςκζδαςθσ βρίςκουμε τισ τιμζσ των y = ln( F (,0)) R ( ) sec b και x= sec οι οποίεσ παρουςιάηονται ςτον πίνακα 2. Πίνακασ 2 οσ : ln( F (778,0)) R (778) sec b - sec Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 26

27 ln(fb (778))+secκ*τ(778) y=ln(778)+τ*sec(za) sec(za) 4,21 1,2 4,2 1,24 4,2 1,28 4,19 1,47 4,20 1,56 4,19 1,70 4,19 1,78 4,12 2,24 4,11 2,8 4,09 3,2 4,049 3,98 3,98 4,52 3,89 5,69 Αντικακιςτϊντασ τισ παραπάνω τιμζσ ςε διάγραμμα κα υπολογίςουμε τθν ζνταςθ τθσ ακτινοβολίασ ςτο όριο τθσ ατμόςφαιρασ 778nm y = -0,071x + 4,308 R² = 0,98 4,25 4,2 4,15 4,1 4,05 4 3,95 3,9 3, secκ Διάγραμμα 4.2: ΔιάγραμμαLangley για λ=778nm Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 27

28 υγκρίνοντασ τθν ςχζςθ (4.5) με τθν y= x που προκφπτει από το διάγραμμα βρίςκουμε ln( E (778) ) =4,3085 b z Εφρεςθ θλιακοφ φάςματοσ ζξω από τθν ατμόςφαιρα ςε μικοσ κφματοσ λ=675 nm Από τθν ςχζςθ (4.5) για λ=675 nm κα ζχουμε ln( F (675,0)) R (675)sec ln( F (675, )) [ M (675) O (675) SO (675) NO (675)] sec b b 3 2 X Αντικακιςτϊντασ όλα τα δεδομζνα βρίςκουμε τισ τιμζσ των y = ln( F (,0)) R ( ) sec b και x= sec που παρουςιάηονται ςτον πίνακα 3. Πίνακασ 3 οσ : ln( F (675,0)) R (675) sec b - sec y=ln(675)+τ*sec(za) sec(za) 4,73 1,2 4,71 1,24 4,75 1,28 4,69 1,48 4,71 1,56 4,72 1,70 4,72 1,78 4,66 2,24 4,6 2,8 4,58 3,21 4,52 3,98 4,45 4,52 4,32 5,69 Αντικακιςτοφμε τισ παραπάνω τιμζσ ςτο διάγραμμα 4.3 Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 28

29 ln(fb (675))+secκ*τ(675) nm y = -0,089x + 4,855 R² = 0, secκ Διάγραμμα 4.3 : ΔιάγραμμαLangley για λ=675nm υγκρίνοντασ τθν ςχζςθ (4.5) με τθν y= x που προκφπτει από το διάγραμμα βρίςκουμε ln( E (675) ) =4,8557 b z Εφρεςθ θλιακοφ φάςματοσ ζξω από τθν ατμόςφαιρα ςε μικοσ κφματοσ λ=500 nm Από τθν ςχζςθ (4.5) για λ=500 nm κα ζχουμε ln( F (500,0)) R (500)sec ln( F (500, )) [ M (500) O (500) SO (500) NO (500)] sec b b 3 2 X Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 29

30 ln(fb (500))+secκ*τ(500) Αντικακιςτϊντασ όλα τα δεδομζνα βρίςκουμε τισ τιμζσ των y = ln( F (500,0)) R (500) sec b και x= sec που παρουςιάηονται ςτον πίνακα 4. Πίνακασ 4 οσ : ln( F (500,0)) R (500) sec b - sec y=ln(500)+τ*sec(za) x(sec(za)) 4,47 1,2 4,45 1,24 4,5 1,28 4,40 1,47 4,42 1,56 4,42 1,70 4,40 1,78 4,32 2,24 4,23 2,8 4,20 3,2 4,095 3,98 3,96 4,52 Από τον οποίο πίνακα προκφπτει το ακόλουκο διάγραμμα 4,7 500 nm y = -47x + 4,657 R² = 0,981 4,5 4,3 4,1 3,9 3,7 3,5 0 5 secκ Διάγραμμα 4.4 :ΔιάγραμμαLangley για λ=500nm Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 30

31 υγκρίνοντασ τθν ςχζςθ (4.5) με τθν y= x που προκφπτει από το διάγραμμα βρίςκουμε ln( E (500) ) =4,6578 b z Εφρεςθ θλιακοφ φάςματοσ ζξω από τθν ατμόςφαιρα ςε μικοσ κφματοσ λ=368 nm Από τθν ςχζςθ (4.5) για λ=368 nm κα ζχουμε ln( F (368,0)) R (368)sec ln( F (368, )) [ M (368) O (368) SO (368) NO (368)] sec b b 3 2 X Αντικακιςτϊντασ όλα τα δεδομζνα βρίςκουμε τισ τιμζσ των y = ln( F (368,0)) R (368) sec b και x= sec που παρουςιάηονται ςτον πίνακα 5. Πίνακασ 5 οσ : ln( F (368,0)) R (368) sec b - sec y=(τ*secκ)+ln(368) x(secκ) 3,0 1,2 2,99 1,24 3,075 1,28 2,84 1,47 2,92 1,56 2,9 1,7 2,88 1,78 2,76 2,24 2,55 2,8 2,56 3,2 2,34 3,98 2,03 4,52 1,8 5,69 Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 31

32 ln(fb (368))+secκ*τ(778) 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0, nm y = -0,262x + 3, secκ Διάγραμμα4.5 : ΔιάγραμμαLangley για λ=368nm υγκρίνοντασ τθν ςχζςθ (4.5) με τθν y= x+3,3346 που προκφπτει από το διάγραμμα βρίςκουμε ln( E (368) ) =3,3346 b z Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 32

33 ln(f( )) 4,6 4,4 4,2 4,0 3,8 3,6 3,4 3,2 3,0 2,8 2,6 2,4 2,2 2,0 1,8 1, sec Διάγραμμα 4.6: ζνταςθ θλιακισ ακτινοβολίασ ςτο ζδαφοσ ςυναρτιςει ηενίκιασ γωνίασ Διόρκωςθ για τθν απόςταςθ ιλιου γθσ Κα πρζπει να λάβουμε υπόψθ ότι μζχρι ςτιγμισ το θλιακό φάςμα που υπολογίςτθκε με τθν μζκοδο Langley ςτο όριο τθσ ατμόςφαιρασ δεν υπολόγιςε τισ διακυμάνςεισ τθσ ενζργειασ που οφείλονται ςτθν μεταβολι τθσ απόςταςθσ ιλιου-γθσ κατά τθν διάρκεια του ζτουσ κακϊσ και ςτθν μεταβολι τθσ εκπεμπόμενθσ ενζργειασ από τον ιλιο. Από τισ δυο διακυμάνςεισ αυτι που είναι προβλζψιμθ μεν και ςθμαντικι δε είναι θ πρϊτθ. Ζτςι κρίνεται απαραίτθτο να εκφραςτεί θ ζνταςθ τθσ ακτινοβολίασ ςτο άνω όριο τθσ ατμόςφαιρασ λαμβάνοντασ υπόψθ και ζναν παράγοντα διόρκωςθσ που προκφπτει από τθν αςτρονομία. (4.8) c se cos Όπου Ν είναι ο αφξων αρικμόσ τθσ θμζρασ ςε ζνα ζτοσ 2 Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 33

34 τισ 20/06/2012 αντιςτοιχεί Ν=173 υπολογίςτθκείςοσ με : και ο διορκωτικόσ παράγοντασ c se Αν Ε Ν (λ) είναι θ υπολογιηόμενθ φαςματικι ροι τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ ςτο όριο τθσ ατμόςφαιρασ κατά τθν θμζρα που πραγματοποιικθκαν οι μετριςεισ τότε θ φαςματικι ροι που αντιςτοιχεί ςτθν μζςθ απόςταςθ γθσ ιλιου κα είναι : Ε μ (λ)= c se * Ε Ν (λ)(4.9) τον επόμενο πίνακα φαίνονται οι φαςματικζσ ροζσ πριν και μετά τθν διόρκωςθ. Πίνακασ 6 οσ : φγκριςθ φαςματικϊν ροϊν πριν και μετά τθν διόρκωςθ λ(nm) F b (λ, ) F b-mean (λ, ) 778 4,30 4, ,85 4, ,65 4, ,33 3,36 Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 34

35 4.2 Μζροσ 2 ο Επεξεργαςίασ Προςδιοριςμόσ οπτικοφ βάκουσ των ατμοςφαιρικϊν αιωρθμάτων Θ πειραματικι διαδικαςία περιελάμβανε τθν καταγραφι τθσ ζνταςθσ τθσ ακτινοβολίασ ςε τζςςερα μικθ κφματοσ 778nm,675nm,500 nm,368 nm ςε διάςτθμα που δεν ξεπερνοφςε τα δζκα λεπτά επαναλάμβανα 5 φορζσ τθν διαδικαςία ϊςτε να πάρω εν τζλει τον μζςο όρο. Παράλλθλα ςθμείωνα τθν ϊρα (Greenwich) ϊςτε να υπολογιςτεί θ ηενίκια γωνία για κάκε μζρα και ϊρα κακϊσ και τθν κερμοκραςία. Οι μετριςεισ τθσ πυκνότθτασ ροισ τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ ςτα τζςςερα μικθ κφματοσ παρουςιάηονται ςτον ενδεικτικό πίνακα 8 Πίνακασ 8: Μετριςεισ φωτόμετρου ΕΚΟ μετρηςεισ Θμζρα ωρα T 1 10/1/ :50 59,6 85,8 56,5 4, /1/ :30 60,58 97,64 59,26 5,7 13, /1/ :30 64,92 106,125 64,42 5,9 10, /1/ :00 49,4 74,34 44,36 4,2 10,35 5 1/2/2012 8:45 65,8 104,3 68,2 7,5 15,9 6 3/2/ :15 61,76 99,08 82,34 12,2 24, /2/ :00 70,6 111,64 78,46 9, /3/ :00 40,4 62,5 36,94 4, /3/2012 9:20 52,2 81,08 55,74 7,52 17, /3/ :00 52,9 57,96 88,96 7,42 20 Ακολουκεί ο προςδιοριςμόσ τθσ ηενίκιασ γωνίασ που αντιςτοιχεί ςε κάκε θμζρα και ϊρα των παραπάνω μετριςεων κακϊσ και ο υπολογιςμόσ του διορκωτικοφ παράγοντα τθσ απόςταςθσ γθσ-ιλιου. Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 35

36 Ο διορκωτικόσ παράγοντασ κα υπολογιςτεί για κάκε θμζρα ϊςτε χρθςιμοποιϊντασ τισ ςχζςεισ (4.8) και (4.9) να υπολογιςτεί θ ζνταςθ τθσ ακτινοβολίασ εκφραςμζνθ ςτθν μζςθ απόςταςθ ιλιου γθσ. Πίνακασ 9 : Ηενίκιεσ γωνίεσ Διορκωτικόσ παράγοντασ Θμζρα ϊρα κ secκ factor 10/1/ :50 62,52 2,16 0,96 17/1/ :30 65,49 2,41 0,96 19/1/ :30 61,06 2,06 0,96 24/1/ :00 60,46 2,028 0,96 1/2/2012 8:45 65,74 2,43 0,96 3/2/ :15 60,68 2,042 0,96 21/2/ :00 52,22 1,63 0,968 19/3/ :00 41,74 1,34 0,969 20/3/2012 9:20 44,77 1,4 0,971 21/3/ :00 40,53 1,31 0,972 22/3/2012 8:00 53,02 1,66 0,97 23/3/ : ,30 0,99 27/3/ :44 37,82 1,26 0,99 Με βάςθ τθν ανάλυςθ του πρϊτου μζρουσ βρζκθκε θ ζνταςθ τθσ ακτινοβολίασ ςτο ανϊτερο όριο τθσ ατμόςφαιρασ.επίςθσ γνωρίηοντασ τθν ηενίκια γωνία για κάκε μζτρθςθ κακϊσ και το οπτικό βάκοσ τθσ μοριακισ ςκζδαςθσ μπορεί να βρεκεί με τθν βοικεια τθσ ςχζςθσ (5) το άκροιςμα των οπτικϊν βακϊν των ατμοςφαιρικϊν αιωρθμάτων ςε κάκε μικοσ κφματοσ. Προςδιοριςμόσ οπτικοφ βάκουσ των ατμοςφαιρικϊν αιωρθμάτων ςτα 778nm, 675nm,500nm, 368nm τον παρακάτω πίνακα παρουςιάηεται το οπτικό βάκοσ ςτα τζςςερα μικθ κφματοσ για κάκε θμζρα μζτρθςθσ ζχοντασ λάβει υπόψθ τθν Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 36

37 διόρκωςθ λόγω τθσ μεταβολισ τθσ απόςταςθσ γθσ ιλιου (factor)για κάκε θμζρα. Πίνακασ 10: Εφρεςθ Οπτικοφ βάκουσ (OpticalDepth) Οπτικό Βάκοσ (778) Οπτικό βάκοσ (675) οπτικό βάκοσ (500) οπτικό βάκοσ (368) Θμζρα secκ factor 10/1/2012 2,16 0, ,33 17/1/2012 2,41 0,96 0,08 0, /1/2012 2,06 0,96 0,073 0,08 2 0,28 24/1/2012 2,02 0,96 0,21 0,26 0,31 0,46 1/2/2012 2,43 0,96 0,05 0,07 0,062 0,06 3/2/2012 2,04 0,96 0,07 1 0,009 0,06 21/2/2012 1,63 0,96 0,04 0,08 0, /3/2012 1,34 0,96 0,47 0,54 0,68 0,90 20/3/2012 1,40 0,97 0,27 0,32 0,35 0,47 21/3/2012 1,31 0,97 0,28 0,60 0,02 0,55 22/3/2012 1,66 0, ,2 0,36 23/3/2012 1,3 0,99 9 0,23 0,28 0,50 27/3/2012 1,26 0, ,28 28/3/2012 1,26 0,99 0 0,09 2 0,26 τον παραπάνω πίνακα υπολογίςτθκε το άκροιςμα [ M ( ) O ( ) SO ( ) NO ( )] τθσ ςχζςθσ (4.5) δθλαδι το 3 2 X άκροιςμα του οπτικοφ βάκουσ τθσ ςκζδαςθσ και απορρόφθςθσ τθσ ακτινοβολίασ από τα ατμοςφαιρικά ςωματίδια τθσ ατμόςφαιρασ. Κεωρείταιότι οι όροιπου εκφράηουν μείωςθ τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ λόγω απορρόφθςθσ από διάφορα ατμοςφαιρικά ςωμάτια τ Ο3, τ SO2, τ ΝΟχ είναιαμελθτζοι με μεγάλθ προςζγγιςθ προκφπτει ότι θ ςχζςθ (4.5) αντιπροςωπεφει το οπτικό βάκοσ τθσ ςκζδαςθσ Μie. Το όηον, το διοξείδιο του κείου και τα νιτρικά οξείδια απορροφοφν το υπεριώδεσ τμιμα τθσ θλεκτρομαγνθτικισ ακτινοβολίασ. Το φωτόμετρο ΕΚΟ παίρνει μετριςεισ ςτθν ορατι περιοχι του φάςματοσ δθλαδι από 350 nmζωσ Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 37

38 περίπου 780 nmςυνεπώσ θ απορρόφθςθ τουσ ςτθν περιοχι αυτι κεωρείται αμελθτζα. Παρατθροφμε ςτον πίνακα ότι όςο μειώνεται το μικοσ κφματοσ τόςο μεγαλώνει το οπτικό βάκοσ. Το οπτικό βάκοσ λόγω τθσ ςωματιδιακισ ςκζδαςθσ ςτο λ=368nm είναι κατά πολφ μεγαλφτερο από τα υπόλοιπα μικθ κφματοσ. Παρακάτω κα υπολογιςτεί ςε ζναν ενδεικτικό πίνακα για δφο μικθ κφματοσ θ απόκλιςθ του οπτικοφ βάκουσ πριν και μετά τθν εφαρμογι του διορκωτικοφ παράγοντα. 778 nm 675 τ 778 τ 778 (corrected) Απόκλιςθ % 0,077 3,06 0,06 0,08 2,7 0,041 0,07 3,2 7 0,21 3,2 0,026 0,05 2,7 0,042 0,07 3,17 0,007 0,04 3,95 0,43 0,47 4,7 0,22 0,27 4,3 0,23 0,28 4,6 0,09 2 3, ,01 τ 675 τ 675 (corrected) Απόκλιςθ (%) 4 7 3,06 0,07 0,09 2,7 0,05 0,08 3,2 0,22 0,26 3,2 0,04 0,07 2,7 0,08 1 3,1 0,04 0,08 3,95 0,49 0,54 4,7 0,28 0,32 4,3 0,56 0,6 4, ,2 0,2 0,23 3,01 Πίνακεσ 11-12: απόκλιςθ του οπτικοφ βάκουσ πριν και μετά τθν εφαρμογι του διορκωτικοφ παράγοντα. τα επόμενα τζςςερα διαγράμματα παρουςιάηονται το οπτικό βάκοσ για κάκε μικοσ κφματοσ ξεχωριςτά πριν και μετά τθν εφαρμογι του διορκωτικοφ παράγοντα Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 38

39 0,5 corrected) 0,4 0,3 0,2 0,0 17/11/201117/1/201217/3/ /5/ /7/ /9/201217/11/201217/1/2013 date Διάγραμμα4.7 : Μεταβολι του οπτικοφ βάκουσ ςτα 778nm κατά τθν διάρκεια ενόσ ζτουσ πριν (κόκκινα ςθμεία) και μετά τθν εφαρμογι του διορκωτικοφ παράγοντα. 0,7 corrected) 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,0 17/11/201117/1/201217/3/ /5/ /7/ /9/201217/11/201217/1/2013 date Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 39

40 Διάγραμμα 4.8 : Μεταβολι του οπτικοφ βάκουσ ςτα 675nm κατά τθν διάρκεια ενόσ ζτουσ πριν (κόκκινα ςθμεία) και μετά τθν εφαρμογι του διορκωτικοφ παράγοντα. 0,7 corrected) 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,0 17/11/ /1/ /3/ /5/ /7/201217/9/ /11/ /1/ /3/ /5/2013 date Διάγραμμα4.9 : Μεταβολι του οπτικοφ βάκουσ ςτα 500nm κατά τθν διάρκεια ενόσ ζτουσ πριν (κόκκινα ςθμεία) και μετά τθν εφαρμογι του διορκωτικοφ παράγοντα 1,0 corrected) 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0-0,2 17/11/ /1/ /3/ /5/ /7/201217/9/ /11/ /1/ /3/ /5/2013 date Διάγραμμα 4.10: Μεταβολι του οπτικοφ βάκουσ ςτα 368nm κατά τθν διάρκεια ενόσ ζτουσ πριν (κόκκινα ςθμεία) και μετά τθν εφαρμογι του διορκωτικοφ παράγοντα Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 40

41 Και ςτα τζςςερα διαγράμματα είναι αξιοπρόςεχτο το γεγονόσ ότι το διορκωμζνο οπτικό βάκοσ πάντα προκφπτει μεγαλφτερο από το οπτικό βάκοσ που προζκυψε πριν τθν αναγωγι των μετριςεων ςτθν μζςθ απόςταςθ Ιλιου Γθσ 4.3 Μζροσ 3 ο Επεξεργαςίασ φγκριςθ οπτικοφ βάκουσ των ατμοςφαιρικϊν αιωρθμάτων όπωσ αυτό προκφπτει από το φωτόμετρο ΕΚΟ και το φωτόμετρο CIMEL του δικτφου ΑΕΡΟΝΕΣ Σο φωτόμετρο CIMEL υπολογίηει το οπτικό βάκοσ ςε διάφορα μικθ κφματοσ όταν δεν υπάρχει νεφελοκάλυψθ ςτθν ατμόςφαιρα ζτςι δεν υπιρχαν δεδομζνα για κάκε μια μζτρθςθ. Παρακάτω παρουςιάηονται τα μικθ κφματοσ ςτα οποία είναι εφικτόσ ο υπολογιςμόσ του οπτικοφ βάκουσ ςε κάκε φωτόμετρο. ΕΚΟ (nm) CIMEL(nm) Σο CIMEL για τα μικθ κφματοσ 368nm και 778nm δεν υπολογίηει οπτικό βάκοσ. Για να γίνει θ ςφγκριςθ μεταξφ των δυο οργάνων κα βρεκεί το οπτικό βάκοσ που προκφπτει από το CIMELζμμεςα χρθςιμοποιϊντασ τθν ςχζςθ του Angstromθ οποία ςυνδζει το οπτικό βάκοσ ςε δφο μικθ κφματοσ. a ( ) ( o ) o Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 41

42 Σο λ ο και τ(λ ο ) είναι ζνα μικοσ κφματοσ κοντινό ςε αυτό που ψάχνουμε με το αντίςτοιχο οπτικό βάκοσ Σο λ είναι το μικοσ κφματοσ του οποίου ψάχνω το οπτικό βάκοσ Σο α είναι ο παράγοντασ Angstrom ο οποίοσ περιγράφει τθν φαςματικι εξάρτθςθ του οπτικοφ βάκουσ των αιωρθμάτων. Ο παράγοντασ Angstrom προζκυψε από το ΑΕΡΟΝΕΣ. Δίνεται για δφο περιοχζσ : nm και nm όπωσ φαίνεται ςτο ακόλουκο ςχιμα. Πίνακασ 13: υντελεςτισ Angstrom Date Angstrom Angstrom 10/1/2012 1,44 2,21 17/1/2012 1,40 2,14 19/1/2012 1,38 1,8 24/1/2012 1/2/2012 0,71 0,54 3/2/ /2/ /3/2012 0,63 1,07 20/3/2012 0,64 0,75 21/3/2012 1,27 1,07 22/3/2012 1,49 1,59 23/3/2012 1,55 1,67 27/3/2012 1,29 1,26 28/3/2012 1,42 1,57 Χρθςιμοποιϊντασ τουσ παραπάνω ςυντελεςτζσ υπολογίςτθκε το οπτικό βάκοσ(aod) που αντιςτοιχεί ςτα 778nm και 368 nm Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 42

43 Πίνακασ 14 : Οπτικό βάκοσ ςτα 778nm και 368 nm Date AOD 368 AOD 778 Date AOD 368 AOD /6/2012 0,41 2 3/9/2012 0, /6/2012 0, /9/2012 0, /6/2012 0, /9/2012 0, /6/2012 1/10/2012 0, /6/2012 0,6 7 2/10/2012 0,32 4 1/7/2012 0,41 2 3/10/2012 0,34 3 2/7/2012 0, /10/2012 0,06 0,02 9/7/2012 0, /10/ ,05 25/8/2012 0,64 8 5/11/2012 0,31 28/8/ ,04 30/11/2012 0,07 0,04 Για κάκε μικοσ κφματοσ κα παρουςιαςτεί παρακάτω ζνασ πίνακασ με τισ τιμζσ του οπτικοφ βάκουσ για τα δυο φωτόμετρα ο οποίοσ κα ακολουκείται από δφο διαγράμματα. Σο πρϊτο διάγραμμα κα αφορά τθν ςφγκριςθ των δυο φωτομζτρων ενϊ το δεφτερο τθν διακφμανςθ του οπτικοφ βάκοσ κακ όλθ τθν διάρκεια του ζτουσ φγκριςθ του οπτικοφ βάκουσ των δφο φωτομζτρων για λ=778nm Πίνακασ 15: φγκριςθ δφο φωτομζτρων ςε μικοσ κφματοσ λ=778nm Date EKO AERONET Απόκλιςθ % 26/6/ /6/2012 0, /6/ /6/2012 0,31-30/6/2012 0, ,4 1/7/2012 0, /7/ Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 43

44 AERONET 778 nm 9/7/2012 0, /8/2012 0, /8/2012 0,03 0,04 1 3/9/ /9/2012 0, /9/ /10/2012 0, /10/ /10/ ,0 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,7 0,7 0,6 0,6 0,5 0,5 0,4 0,4 0,3 0,3 0,2 y= *x R-Square=0.72 0,2 0,0 0,0 0,0 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 EKO 778 nm Διάγραμμα 4.11: φγκριςθ των δφο οργάνων ςε λ=778nm Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 44

45 AOD 778 nm 0,7 EKO AERONET 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,0-1/1/2012 1/4/2012 1/7/2012 1/10/2012 1/1/2013 Date Διάγραμμα 4.12: φγκριςθ των δφο οργάνων κατά τθν διάρκεια των μετριςεων φγκριςθ του οπτικοφ βάκουσ των δφο φωτομζτρων για λ=675nm Πίνακασ 14: φγκριςθ των δφο φωτομζτρων ςε μικοσ κφματοσ λ=675nm Date EKO AERONET Απόκλιςθ % 29/6/2012 0,34 30/6/2012 0,36 0,2 1/7/2012 0,28 3 2/7/ /7/2012 0,31 0, Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 45

46 AERONET 675 nm 25/8/2012 0,26 0,21 28/8/2012 0,07 0,03 3/9/ /9/2012 0, /9/ /10/2012 0,23 8 2/10/2012 0,22 4 3/10/ /10/ , ,0 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,7 0,7 0,6 0,6 0,5 0,5 0,4 0,4 0,3 0,3 0,2 y= *x R-Square=0.68 0,2 0,0 0,0 0,0 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 EKO 675 nm Διάγραμμα 4.13 : φγκριςθ των δφο οργάνων Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 46

47 AOD 675 nm 0,7 EKO AERONET 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,0-1/1/2012 1/4/2012 1/7/2012 1/10/2012 1/1/2013 Date Διάγραμμα 4.14: φγκριςθ των δφο οργάνων κατά τθν διάρκεια των μετριςεων φγκριςθ του οπτικοφ βάκουσ των δφο φωτομζτρων για λ=500nm Πίνακασ 15: φγκριςθ των δφο φωτομζτρων ςε μικοσ κφματοσ λ=500nm Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 47

48 AERONET 500 nm Date EKO AERONET Απόκλιςθ % 29/6/2012 0,40 30/6/2012 0,44 0,38 6 1/7/2012 0,31 0,24 7 2/7/ /7/2012 0,45 0, /8/2012 0,24 0, /8/2012 0,05 0,07 2 3/9/ /9/2012 0,30 0, /9/ /10/2012 0,26 0,25 1 2/10/2012 0,31 0, /10/2012 0,23 0, /10/ , /10/ ,08 6 0,0 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,7 0,7 0,6 0,6 0,5 0,5 0,4 0,4 0,3 0,3 0,2 y= *x R-Square=0.67 0,2 0,0 0,0 0,0 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 EKO 500 nm Διάγραμμα 4.15 : φγκριςθ των δφο οργάνωνγια λ=500nm Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 48

49 AOD 500 nm 0,7 EKO AERONET 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,0-1/1/2012 1/4/2012 1/7/2012 1/10/2012 1/1/2013 Date Διάγραμμα 4.16: φγκριςθ των δφο οργάνων κατά τθν διάρκεια των μετριςεων φγκριςθ του οπτικοφ βάκουσ των δφο φωτομζτρων για λ=368nm Πίνακασ 16: φγκριςθ των δφο φωτομζτρων ςε μικοσ κφματοσ λ=368nm Date EKO AERONET 29/6/2012 0,63 30/6/2012 0,65 0,65 1/7/2012 0,47 0,41 2/7/2012 0,27 0, Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 49

50 AERONET 368 nm 10 9/7/2012 0,71 0, /8/2012 0,39 0, /8/ /9/2012 0,30 0, /9/2012 0,45 0, /9/2012 0,30 0,29 1 1/10/2012 0,37 0,38 0 2/10/2012 0,32 0,32 1 3/10/2012 0,35 0,34 30/10/2012 0,2 0,06 14 Αντικακιςτοφμε τισ τιμζσ του πίνακα ςτο παρακάτω διάγραμμα 0,0 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,8 0,8 0,7 0,7 0,6 0,6 0,5 0,5 0,4 0,4 0,3 0,3 0,2 y= *x R-Square=0.75 0,2 0,0 0,0 0,0 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 EKO 368 nm Διάγραμμα 4.17 : φγκριςθ των δφο οργάνων για λ=368nm Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 50

51 AOD 368 nm 0,8 EKO AERONET 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,0-1/1/2012 1/4/2012 1/7/2012 1/10/2012 1/1/2013 Date Διάγραμμα 4.18 : φγκριςθ των δφο οργάνων κατά τθν διάρκεια των μετριςεων ε κάκε διάγραμμα παρατθροφμε ότι οι τιμζσ του οπτικοφ βάκουσ που βρζκθκαν με το φωτόμετρο ΕΚΟ είναι μεγαλφτερεσ από αυτζσ που βρζκθκαν με το φωτόμετρο CIMEL. Σα δφο φωτόμετρα βρίςκονται ςτο ίδιο φψοσ άρα δεν επθρεάηει το φψοσ τισ τιμζσ του οπτικοφ βάκουσ. Θ διαφορά μεταξφ των δφο τιμϊν οφείλεται ςε ςυςτθματικό ςφάλμα το οποίο επαναλαμβάνεται ςε κάκε μζτρθςθ ςυνεπϊσ είναι απαλίψιμο. Σο ςυςτθματικό ςφάλμα αυτό οφείλεται ςτθν μζκοδο Langleyμε τθν οποία υπολογίςτθκε θ ροι τθσ ακτινοβολίασ ςτο άνω όριο τθσ ατμόςφαιρασ με μετριςεισ από το ζδαφοσ. Θ Κεςςαλονίκθ είναι μια πόλθ με μεγάλο φόρτο ατμοςφαιρικϊν αιωρθμάτων τα οποία επθρεάηουν τθν ορκότθτα των μετριςεων. ε μια τζτοια πόλθ κρίνεται δφςκολθ θ εφρεςθ τθσ ακτινοβολίασ ςε μεγάλο φψοσ από το ζδαφοσ. Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 51

52 υμπεράςματα Χρθςιμοποιϊντασ μετριςεισ τθσ πυκνότθτασ ροισ από το ζδαφοσ του φαςματοφωτόμετρου ΕΚΟ υπολογίςτθκε θ πυκνότθτα ροισ ςτο ανϊτερο όριο τθσ ατμόςφαιρασ. Εν ςυνεχεία υπολογίςτθκε για κάκε θμζρα μζτρθςθσ το οπτικό βάκοσ ςε κάκε μικοσ κφματοσ το οποίο το ςυγκρίκθκε με το οπτικό βάκοσ που κατζβθκε από τθν βάςθ δεδομζνων ΑΕΡΟΝΕΣ. Ο αρικμόσ των όρων που απαρτίηουν το ςυνολικό οπτικό βάκοσ μεταβάλλεται ανάλογα με τισ διεργαςίεσ που υφίςτανται ςτθν ατμόςφαιρα αλλά ςυνολικά παραμζνει ςτακερόσ. Ο όροσ τ R αναφζρεται ςτθν μοριακι ςκζδαςθ ενϊ ο όροσ τ Μ ςτθν ςωματιδιακι ςκζδαςθ. Ενϊ θ μοριακι ςκζδαςθ διατθρείται ςτακερι και υπολογίςτθκε από εμπειρικι ςχζςθ θ ςωματιδιακι ςκζδαςθ υπολογίςτθκε για κάκε θμζρα Θ ςωματιδιακι ςκζδαςθ διαφζρει από μζρα ςε μζρα ανάλογα με τα ατμοςφαιρικά αιωριματα που υπάρχουν ςτθν ατμόςφαιρα κακϊσ και από τθν αζρια μάηα (δθλαδι τθν επιμικυνςθ τθσ διαδρομι των ακτίνων διερχόμενεσ μζςα από τθν ατμόςφαιρα) Όςο μεγαλφτερθ είναι θ διαδρομι τθν οποία διανφουν οι ακτίνεσ τόςο μεγαλφτερθ πικανότθτα να ςκεδαςτοφν ςε ατμοςφαιρικά αιωριματα που ςυναντοφν ςτθν πορεία τουσ. Τπάρχει εξάρτθςθ τθσ ςκζδαςθσ Μιε από το μικοσ κφματοσ.όςο μικρότερο μικοσ κφματοσ τόςο μεγαλφτερθ θ ςκζδαςθ, ςυνεπϊσ ςτο λ=368 nm παρατθρικθκε το μεγαλφτερο οπτικό βάκοσ. τα διαγράμματα από τα οποία βρικαμε ότι ο ςτακερόσ όροσ τθσ εξίςωςθσ των διαγραμμάτων ιςοφται με τθν πυκνότθτα ροισ ςτο ανϊτερο όριο τθσ ατμόςφαιρασ, προζκυψε πολφ καλι γραμμικι προςζγγιςθ. Θ απόκλιςθ του οπτικοφ βάκουσ πριν και μετά τθν εφαρμογι του διορκωτικοφ παράγοντα κυμαίνεται από 2% ζωσ 5% ανάλογα τθν θμζρα. Μετριςεισ οπτικοφ βάκουσ τθσ ατμόςφαιρασ με θλιακό φωτόμετρο ΕΚΟ 52